Perguntas e Respostas sobre Ligas Metálicas e Alumínio

1 - Por que a condutividade do alumínio diminui ao adicionar elementos de liga?

R: Porque tanto as ligas quanto as impurezas geram uma resistência, dificultando a fluidez dos elétrons.

Por que é complicado soldar alumínio? Explique a possível alternativa para execução da soldagem.

R: É complicado soldar alumínio porque possui um ponto de fusão muito baixo e uma condutividade maior do que a do aço. A solda TIG (Gás Inerte de Tungstênio) é talvez o principal método utilizado para a soldagem de alumínio. Isso ocorre porque a peça de alumínio exige uma grande quantidade de calor para atingir a temperatura correta e, depois, acaba mantendo o calor por mais tempo. Assim, utilizar uma máquina de solda com controle de corrente é extremamente útil para evitar o superaquecimento na peça de trabalho, que é a principal causa do burnthrough (furo) que mencionamos anteriormente.

2 - A liga hipoeutética de Al-Si começa a nuclear o quê? E na liga hipereutética, qual a primeira fase a nuclear?

R: Na liga hipoeutética, começa a nuclear primeiro o material da matriz, o alumínio. Na liga hipereutética, começa a nuclear o silício primeiro.

3 - Qual a classificação das ligas de alumínio?

R: Ligas trabalhadas (ou para tratamento mecânico) e ligas para fundição.

4 - Como é feito o tratamento de envelhecimento na liga Al-Cu? Explique por que após a solubilização é necessário temperar o material.

R: Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e uniformemente distribuídas. O envelhecimento tem por objetivo a obtenção de precipitados finos, que sejam grandes o suficiente para agir como obstáculos ao movimento das discordâncias, endurecendo a liga. A têmpera, após a solubilização, é necessária porque o controle de temperatura e tempo permite a obtenção de valores de dureza mais elevados.

5 - Comente sobre as ligas de trabalho mecânico.

R:

• A - Ligas Trabalhadas Tratáveis Termicamente: Ótimas propriedades mecânicas são obtidas por tratamento térmico.
• B - Ligas Trabalhadas Não-Tratáveis ou Ligas Encruáveis: Não respondem ao tratamento térmico. As propriedades mecânicas são determinadas pelo grau de trabalho a frio e encruamento.

6 - Como é obtido o alumínio puro?

R: A obtenção do alumínio é feita a partir do mineral bauxita, e o processo se dá em três etapas: Mineração, Refinaria e Redução.

• Mineração: A bauxita contém de 35% a 55% de óxido de alumínio. Este mineral é extraído da natureza e, através dele, obtém-se a Alumina (produto intermediário que leva à produção de Alumínio). A Alumina possui fórmula $\text{Al}_2\text{O}_3$.
• Refinaria: Nesta etapa, a alumina precisa passar por uma purificação. É então dissolvida em soda cáustica e, logo após, passa por uma filtração. Um pó branco de alumina pura é obtido e enviado à Redução.
• Redução: Esta última etapa permite a obtenção de alumínio através de eletrólise. A passagem de corrente elétrica na célula eletrolítica promove a redução da alumina, decantando o alumínio metálico no fundo da célula e o oxigênio liberado reage com o ânodo de carbono, formando dióxido de carbono.

7 - Quais as vantagens e desvantagens do uso do alumínio?

R:

• Vantagens: Resistência à corrosão, alta condutividade térmica e elétrica, baixo ponto de fusão.
• Desvantagens: Baixa resistência mecânica, não serve como isolante.

8 - Quais as características da alumina? Explique a relação corrosão X óxido de alumínio.

R: Características da alumina: Boa resistência à corrosão, inerte quimicamente, isolante elétrico, resistência a altas temperaturas, alta dureza, boa estabilidade térmica, excelentes propriedades dielétricas. As superfícies de alumínio possuem uma elevada afinidade com o oxigênio, logo o metal é recoberto com uma fina camada de óxido, a alumina. No entanto, apesar de extremamente reativo, o alumínio apresenta uma elevada resistência à corrosão devido a um fenômeno chamado passivação. Basicamente, o alumínio fica mais nobre (menor atividade) por ação desta película óxida, que tem boa aderência à superfície e acaba impedindo que um volume maior do material seja corroído.

9 - Explique a fragilização por hidrogênio que ocorre nas ligas Cu-O.

R: As ligas de cobre-oxigênio, quando aquecidas em hidrogênio ou numa atmosfera contendo uma pequena quantidade de hidrogênio, apresentam fissuras, fraturas ou bolhas superficiais. O hidrogênio difundindo no cobre reage com o $\text{Cu}_2\text{O}$ formando $\text{H}_2\text{O}$. Como o hidrogênio pode difundir-se muito mais depressa que o $\text{H}_2\text{O}$, criam-se pressões internas que podem causar desintegração do metal (queima).

10 - Explique por que nas próteses de titânio é necessário aproximar o coeficiente elástico das ligas com o do osso? Quais as fases do titânio em temperatura ambiente e em alta temperatura? Comente a respeito da sua estrutura atômica.

R: É necessário aproximar o coeficiente elástico por conta do atrito da prótese com o osso, o que pode causar um desgaste intenso do osso em contato com a prótese. À temperatura ambiente, o titânio puro apresenta estrutura cristalina com reticulado do tipo hexagonal compacto (HCP): é a chamada fase alfa, que permanece estável do ponto de vista termodinâmico até a temperatura de $882^{\circ}\text{C}$, na qual se transforma numa estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), conhecida como fase beta, que se mantém estável até ser atingida a temperatura de fusão.

11 - Aonde se aplica o níquel puro?

R: Cerca de 65% do $\text{Ni}$ é empregado na fabricação de aço inox austenítico (e em menor escala duplex e martensítico) e outros 12% em superligas de níquel. Os 23% restantes são empregados na produção de outras ligas metálicas, baterias recarregáveis, reações de catálise, cunhagens de moedas, revestimentos metálicos e fundição.

12 - Por que começou-se a produzir ligas de níquel fundidas?

R:

• O aumento da temperatura das turbinas era limitado pelas ligas trabalhadas nos anos 50; apresentavam dificuldades no forjamento.
• Ligas com composição química que permitem maior resistência mecânica só podem ser fabricadas por fundição (usando cera perdida).
• As ligas fundidas mais usadas são a 713C, a Inconel 100, a B1900, a Udimet 500, a René 77, a René 80 e a Inconel 738.

13 - A partir da figura 2, explique um possível tratamento no material para que a microestrutura de partida (a) passe a ter característica da figura 2b.

R:

Figura 2 – Inconel atacada

Para se obter esse resultado é necessário um tratamento térmico de envelhecimento. O envelhecimento tem por objetivo a obtenção de precipitados finos, que ao mesmo tempo que sejam grandes o suficiente para agir como obstáculos ao movimento das discordâncias, endurecendo a liga.

14 - Por que a condutividade do alumínio diminui ao adicionar elementos de liga?

R: Porque tanto as ligas quanto as impurezas geram uma resistência, dificultando a fluidez dos elétrons.